JP2012104980A - 車両用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デフォッガーと、デフォッガーに電磁界結合する透明導電材シートとから構成された広帯域な特性を有する車両用アンテナ装置を提供する。
【解決手段】自動車のリアガラス１００上に略平行に複数本のヒータ導線１０１ａ〜１０１ｐからなるデフォッガー１０１の端部を接続したバスバー１０２ａの車両ルーフ１１０に最も近接している端部に受信機１０３が接続された車両用アンテナにおいて、透明導電材シート１０６を、例えば、リアガラス１００の車室内側の表面に貼付し、受信機１０３が接続されるバスバー１０２ａと結合するように配置する。透明導電材シート１０６は、バスパー１０２ａと電磁界的に結合する結合部１０７と、無給電素子として動作する無給電素子部１０８とから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のリアガラスに搭載されるデフォッガーを放射素子として利用した簡易で広帯域な車両用アンテナ装置に関する。

近年、ＡＭ及びＦＭラジオ放送、全地球測位システム（ＧＰＳ；Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、自動料金収受システム（ＥＴＣ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）、道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ；Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、地上波ディジタルテレビジョン放送（ＤＴＶ；Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）、路車間及び車車間通信など様々な無線通信システムに対応するため、車両には複数のアンテナを搭載する必要があるので、アンテナが車両のリアやフロントの窓ガラスに貼付して配置されている場合がある。

このようなリア窓ガラスに搭載されるアンテナの具体例として、リアガラスに配置されたデフォッガー（ヒータ線）を複数個に分割し、それぞれをアンテナとして動作させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

アンテナを特許文献１に記載された構成とすることにより、新規のアンテナ素子を配置するためのスペースを確保する必要が無く、またデフォッガー自体をアンテナ素子として用いるためにデフォッガーとの結合影響を考慮せずに設計することができる。

また、他のアンテナとして、デフォッガーをアンテナとして動作させる構成であって、給電点側ではない端部をバスバーを介して短絡させることにより、広帯域で整合することができるガラスアンテナが開示されている（例えば特許文献２参照）。

さらに、他のアンテナとして、デフォッガーをアンテナとして動作させる構成であり、隣接するデフォッガーを相互接続導電性素子によって相互接続し、広帯域化を実現するものが開示されている（例えば特許文献３参照）。

実開昭５８−６１５０５号公報 特開２００５−１５１２７３号公報 特表平１０−５０９５６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の自動車用ガラスアンテナでは、デフォッガーを分割して用いるために、アンテナ素子として動作させるデフォッガー以外のデフォッガーとの結合影響を考慮して設計しなければならないという課題がある。また、デフォッガーをアンテナ素子として動作させても広帯域な特性は得られず、例えば、ＦＭラジオ放送帯域である７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚはカバーすることができないという課題がある。

また、特許文献２に記載のガラスアンテナでは、入力インピーダンスの実数はほぼ一定にできるが、虚数部が大きく変動しているために、例えば、７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚにわたってＶＳＷＲ（電圧定在波比）が３以下に調整することは難しいという課題がある
。また、バスバーの一端を短絡させる必要があるため、複雑な構造になるという課題がある。また、様々な車種に対応するために、短絡位置を最適化しておく必要があるという課題がある。

また、特許文献３に記載のアンテナでは、相互接続導電性素子を最適な位置に複数配置する必要があるために、構成が複雑になると同時に、視界の妨げになる可能性があるという課題がある。また、デフォッガーとしての機能も考慮した形状設計が必要になるという課題がある。

本発明の車両用アンテナ装置は、車両のリアガラス上に配置された、複数本のヒータ導線を有するデフォッガーと、前記複数本のヒータ導線のそれぞれの一方の端部を接続するバスバーと、前記リアガラスの表面に配設された光透過性の導電材と、を備え、前記導電材は前記バスバーの一方の端部に前記バスバーと電磁界的に結合する位置に配置され、前記バスバーの他方の端部から給電される構成を有している。

本発明の車両用アンテナ装置によれば、デフォッガーに給電したアンテナ構造において、所定の形状に形成された透明導電材シートをデフォッガーと電磁界結合するように配置することにより、広帯域なアンテナ特性を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る車両用アンテナ装置を示す図であり、（Ａ）はリアガラス上に構成された車両用アンテナの全体図、（Ｂ）は透明導電材シートの構造図 本発明の第１の実施の形態に係る車両用アンテナ装置の入力インピーダンス特性を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る車両用アンテナ装置の入力インピーダンスと比較するための透明導電材シート貼付前の入力インピーダンス特性を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る車両用アンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る車両用アンテナ装置を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る車両用アンテナ装置の入力インピーダンス特性を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る車両用アンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示す図

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用アンテナ装置を示すものであり、図１（Ａ）はリアガラス上に構成された車両用アンテナの全体構造、図１（Ｂ）はリアガラス上に貼付される透明導電材シートの構造を示している。

図１に示す車両用アンテナ装置１０９は、自動車のリアガラス１００と、リアガラス１００上に配置される複数本のヒータ導線１０１ａ〜１０１ｐからなるデフォッガー１０１と、デフォッガー１０１の端部に配置されるバスバー１０２ａ及び１０２ｂとを備え、受信機１０３と、インピーダンス整合回路１０４と、インピーダンス整合回路１０４とバスバー１０２ａを接続する給電線路１０５と、リアガラス１００上に貼付されるフィルム形状の透明導電材シート１０６とを備える。

以下に、各構成について詳細に説明する。自動車のリアガラス１００上に、ヒータ導線１０１ａ〜１０１ｐが略平行に複数本配置されてデフォッガー１０１を構成しており、互いに隣り合うヒータ導線同士の間隔は一般的に３０ｍｍ程度に設定されている。

デフォッガー１０１は、それぞれの端部をバスバー１０２ａ及び１０２ｂにより接続されており、例えば、バスパー１０２ａに電源が供給されることにより、複数本のヒータ導線１０１ａ〜１０１ｎが発熱し、リアガラスの曇りが解消されることになる。

受信機１０３は、例えば、７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚが用いられているＦＭラジオ放送の受信機であり、低雑音増幅器、ミキサ、フィルタ、復調部などから構成されており、インピーダンス整合回路１０４及び給電線路１０５を介してバスバー１０２ａの車両ルーフ１１０に最も近接している端部に接続される。

これにより、デフォッガー１０１とバスバー１０２ａ及び１０２ｂは、車両用アンテナの一部として動作することになる。

透明導電材シート１０６は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）や導電性粒子を格子状などの幾何学パターンで形成したものであり、光透過性の（例えば、リアガラスに貼付しても十分な視界が確保できる光学的透過率である８０％以上で、シート抵抗値が１０Ω／□（Ｓｑｕａｒｅ）以下）導電材である。

そして透明導電材シート１０６は、図１（Ｂ）に示すように、例えば、リアガラス１００の車室内側の表面に貼付され、受信機１０３が接続されるバスバー１０２ａと結合するように配置される。

結合位置は、バスバー１０２ａの給電線路１０５が接続される端部と対向する端部、つまり、バスバー１０２ａ上において車両ルーフ１１０から最も離れている側の端部とする。

透明導電材シート１０６は、バスパー１０２ａと電磁界的に結合する、長さＬｃ、幅Ｗｃの結合部１０７と、結合部１０７と電気的に接続され、デフォッガー１０１と平行に、かつ所定の間隔を隔てて配置された、長さＬｐ１、幅Ｗｐ１の無給電素子部１０８とから構成される。

結合部１０７の長さＬｃ及び幅Ｗｃは、バスバー１０２ａとの結合度に応じて決定され、無給電素子部１０８の長さＬｐ及び幅Ｗｐは、アンテナの動作周波数に応じて決定される。

結合部１０７とバスバー１０２ａとが高周波的に結合するような大きさに結合部１０７が設定され、無給電素子部１０８を動作周波数において共振するような大きさに設定することにより、デフォッガー１０１とバスバー１０２ａ及び１０２ｂから構成される車両用アンテナの実効体積が大きくなり、広帯域な特性が得られる。

次に、上記車両用アンテナ１０９を７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚの電波を用いるＦＭラジオ放送用の受信アンテナとして利用することを目的として、透明導電材シート１０６の寸法が下記に示す値に設定された場合の特性について説明する。

すなわち、透明導電材シート１０６は、その結合部１０７の長さＬｃが１００ｍｍ、幅Ｗｃが５ｍｍに、無給電素子部１０８の長さＬｐ１が２９５ｍｍ、幅Ｗｐ１が１００ｍｍ
にそれぞれ設定される。

また、無給電素子部１０８は、広帯域なアンテナ特性を実現するために、ヒータ導線１０１ｐから所定の間隔、ここでは３７ｍｍ離して配置される。

図２は、上述の寸法にて構成された図１に示す車両用アンテナ１０９における入力インピーダンスの周波数特性を示している。図２において、実線は実数部Ｚｒｅａｌ、破線は虚数部Ｚｉｍａｇを示している。

また、図３は、図１において透明導電材シート１０６が貼付されていない構造の入力インピーダンスの周波数特性を示しており、実線は実数部Ｚｒｅａｌ、破線は虚数部Ｚｉｍａｇを示している。

図２に示すように、透明導電材シート１０６を貼付することにより、入力インピーダンスの実数部Ｚｒｅａｌ及び虚数部Ｚｉｍａｇが広帯域にわたって一定の値が得られている。

特に、図３に示す透明導電材シート１０６を貼付する前と比較して、低域側の入力インピーダンスの虚数部Ｚｉｍａｇの変化が小さいことがわかる。

なお、ここで示した各構成パラメータ及び特性は一例であり、これ以外の寸法であっても、バスバー１０２ａと透明導電材シート１０６とが電磁結合する構成であれば同様の効果が得られる。

次に、透明導電材シート１０６を貼付する前の構造と、透明導電材シート１０６を貼付した後の構造のそれぞれにおいて、インピーダンス整合回路１０４を調整することにより、ＦＭラジオ放送の受信帯域（７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚ）に整合を合わせた結果を示す。

図４は、それぞれの構造におけるＶＳＷＲの周波数特性を示しており、特性４０１は透明導電材シート１０６を貼付する前のＶＳＷＲ特性、特性４０２は透明導電材シート１０６を貼付した後のＶＳＷＲ特性である。

図４からわかるように、透明導電材シート１０６を貼付することにより、広帯域にわたって整合が取れており、ＦＭラジオ放送の受信帯域である７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚにおいて、ＶＳＷＲが３以下を達成することができている。

また、ＶＳＷＲが３以下の比帯域幅を比較してみると、透明導電材シート１０６を貼付する前は２６％であるのに対して、透明導電材シート１０６を貼付することで６９％の約２．７倍に拡大することができる。

上述のように、本実施の形態によれば、デフォッガーをアンテナとして動作させる構成において、所定の形状を有する透明導電材シートを受信機が接続されるバスバーのアンテナ電流が高い位置で電磁界的に結合するように配置することにより、広帯域なアンテナ特性を得ることができる。

また、透明な導電材シートを貼付するだけの簡易な構成であるため、視界を遮ることがないと同時に、製造プロセスが簡易化され、作業性を向上することができる。さらに、デフォッガー形状を車種ごとにアンテナに適した形状にする必要がなく、既存のデフォッガー形状をそのまま高い性能を有するアンテナとして利用することが可能となる。

さらには、新規にアンテナ素子をリアガラスに設置する場合と比較して、デフォッガーそのものをアンテナとして利用しているために、デフォッガーとの電磁結合影響によるアンテナ特性の劣化は無く、高いアンテナ性能を実現することができる。

なお、本実施の形態では、透明導電材シートの無給電素子部は面状の長方形状として説明したが、円形や扇形などの様々な面形状の構造であっても使用周波数に合わせて最適な（動作周波数において共振する）寸法に設計することにより、同様の広帯域特性を得ることができる。

また、本実施の形態では、リアガラスの車室内側の表面に透明導電材シートを貼付する構成として説明したが、リアガラスの車室外側の表面に防水構造として貼付する構成やリアガラスを合わせガラスとしてその間に配置する構成としても、同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、透明導電材シートをデフォッガーと高周波的に容量結合する構成として説明したが、物理的に導通する構成とした場合でも同様な効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、バスバーの車両ルーフ側端部から給電し、その対向する部分と結合するように透明導電材シートを配置したが、バスバーの車両ルーフ側端部と結合するように透明導電材シートを配置し、その対向する部分から給電する構成としても同様の効果が得られる。
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る車両用アンテナ装置を示すものである。図５において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

図５に示す車両用アンテナ装置５０２と、図１に示す車両用アンテナ装置１０９との違いは、リアガラスの表面に貼付する透明導電材シートの形状が異なる点と、デフォッガー１０１とバスバー１０２ａ及び１０２ｂとから構成される車両用アンテナと透明導電材シートとの結合位置が異なる点である。

図５において、透明導電材シート５０１は、例えば、リアガラス１００の車室内側の表面に貼付され、給電線路１０５が接続されている位置から最も離れているデフォッガー１０１、ここでは車両ルーフ１１０と対向する位置に配置されているデフォッガー１０１を構成するヒータ導線１０１ｐと結合するように配置される。

このとき、透明導電材シート５０１は、給電線路１０５が接続され、高周波電流が高いバスバー１０２ａとも電磁界的に結合するようにバスバー１０２ａ側に配置される。

なお、給電線路１０５の接続位置を図５に示すバスバー１０２ａの下端とし、車両ルーフ側のデフォッガー１０１に結合するように透明導電材シート５０１を配置しても良い。

透明導電材シート５０１は、長さＬｐ２、幅Ｗｐ２の長方形形状に設定され、デフォッガー１０１と電磁界的に結合することにより、デフォッガー１０１とバスバー１０２ａ及び１０２ｂから構成される車両用アンテナの実効体積が大きくなり、広帯域な特性が得られることになる。

次に、上記車両用アンテナを７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚの電波を用いるＦＭラジオ放
送用の受信アンテナとして利用することを目的として、透明導電材シート５０１の寸法を下記に示す値に設定した場合の特性について説明する。

ここで、透明導電材シート５０１の長さＬｐ２を５００ｍｍ、幅Ｗｐ２を１５０ｍｍに設定している。また、デフォッガー１０１と透明導電材シート５０１の平面的な重なり量を１３ｍｍとしている。

図６は、上記のような透明導電材シート５０１を貼付した構造における入力インピーダンスの周波数特性である。

図６において、実線は実数部Ｚｒｅａｌ、破線は虚数部Ｚｉｍａｇを示している。図６からわかるように、図２に示した第１の実施の形態の入力インピーダンス特性と同様に、図３に示す透明導電材シート１０６を貼付する前に比べて、実数部Ｚｒｅａｌ、虚数部Ｚｉｍａｇともに広帯域にわたって一定の値が得られていることがわかる。

なお、ここで示した透明導電材シート５０１の寸法は一例であり、これ以外の寸法であっても、デフォッガー１０１と透明導電材シート５０１が電磁結合する構成であれば同様の効果が得られる。

次に、図５に示す構成において、インピーダンス整合回路１０４を調整し、ＦＭラジオ放送の受信帯域（７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚ）に整合を合わせた結果を示す。

図７は、ＶＳＷＲの周波数特性を示しており、透明導電材シート５０１を貼付する前の特性４０１と比較したものである。

特性７０１は、透明導電材シート５０１を貼付した場合のＶＳＷＲ特性であり、透明導電材シート５０１を貼付することにより、広帯域に整合が取れており、ＦＭラジオ放送の受信帯域である７６ＭＨｚから１０８ＭＨｚにおいて、ＶＳＷＲが３以下を達成することができている。

また、ＶＳＷＲが３以下の比帯域幅を見ると、透明導電材シート５０１を貼付することで６２％であり、透明導電材シート５０１を貼付する前に比べて帯域幅が約２．４倍拡大できていることがわかる。

以上の結果から、本実施の形態によれば、給電位置と最も離れた位置に配置されたデフォッガーと電磁界的に結合するように、所定の形状を有する透明導電材シートを貼付することにより、広帯域なアンテナ特性を得ることができる。

すなわち、車両のリアガラス上に配置された複数本のデフォッガーと、前記複数本のデフォッガーの各端部を接続しているバスバーと、前記リアガラスの表面に配設された所定の光学的透過率を有する導電材と、を備え、前記導電材を前記バスバーの端部近傍に、前記バスバーと電磁界的に結合するように配設し、前記バスバーの前記導電材が近接配置されている端部以外のもう一方の端部に給電する構成を採る。

この構成によれば、視界を遮ることなく、デフォッガーを広帯域なアンテナとして動作させることができる。また、デフォッガー形状を車種ごとにアンテナに適した形状にする必要がなく、既存のデフォッガー形状をそのまま高い性能を有するアンテナとして利用することができる。

なお、本実施の形態では、透明導電材シートを面状の長方形状として説明したが、円形
や扇形など様々な面形状の構造であってもデフォッガーと電磁結合するように配置し、使用周波数に合わせて最適な寸法とすることにより、同様の効果を得ることができる。

また、以上の説明において用いた「給電」に関する用語は、受信機が接続されるポイントのことを給電点（部）と称して用い、その部分からアンテナに電力を与えることを「給電する」などとして用いた。

本発明の車両用アンテナ装置は、自動車のリアガラスに配置されるデフォッガーの形状を変えることなく、広帯域なアンテナ性能が得られるという効果を有し、例えば、車両に搭載される無線通信システム用のアンテナに有用である。

１００ リアガラス
１０１ デフォッガー
１０１ａ〜１０１ｐ ヒータ導線
１０２ａ、１０２ｂ バスバー
１０３ 受信機
１０４ インピーダンス整合回路
１０５ 給電線路
１０６、５０１ 透明導電材シート
１０７ 結合部
１０８ 無給電素子部
１０９、５０２ 車両用アンテナ装置
１１０ 車両ルーフ
４０１、４０２、７０１ 特性

Claims (3)

1. 車両のリアガラス上に配置された、複数本のヒータ導線を有するデフォッガーと、前記複数本のヒータ導線のそれぞれの一方の端部を接続するバスバーと、前記リアガラスの表面に配設された光透過性の導電材と、を備え、
   前記導電材は前記バスバーの一方の端部に前記バスバーと電磁界的に結合する位置に配置され、前記バスバーの他方の端部から給電されることを特徴とする車両用アンテナ装置。
2. 前記導電材は、前記バスバーと電磁界的に結合する結合部と、前記結合部と電気的に接続され前記デフォッガーから所定の間隔を隔てて前記デフォッガーと平行に配置された無給電素子部と、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用アンテナ装置。
3. 車両のリアガラス上に配置された、複数本のヒータ導線を有するデフォッガーと、前記複数本のヒータ導線のそれぞれの一方の端部を接続するバスバーと、前記リアガラスの表面に配設された光透過性の導電材と、を備え、
   前記導電材は前記複数本のヒータ導線のうち前記バスバーの一方の端部に配置されたヒータ導線と電磁界的に結合する位置に配置され、前記バスバーの他方の端部から給電されることを特徴とする車両用アンテナ装置。